„Möglichkeiten und Grenzen der Energiebereitstellung durch Strohfeuerungsanlagen in der gewerblichen Produktion“
Anwendungsbeispiel landwirtschaftliche Getreidebrennereien
Diplomkolloquium Andre Gerstenberg
Betreuer:
Prof. Dr. rer. nat. Reiner Malessa, FH Brandenburg
Dr.-Ing. Ernst-Peter Jeremias, tetra ingenieure GmbH, Neuruppin
Datum:
15.11.2007
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.20072 / 16
Motivation für die Diplomarbeit
Quelle: EurObservER 2006
Aktionsplan Biomasse der EU
Angaben in Mio. Tonnen Öläquivalent
Ausbau der Bioenergie führt zu einer größeren Nachfrage und folglich zu Preissteigerungen Erschließung ungenutzter Biomassepotenziale zur Reduzierung von Nutzungskonflikten
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Zielstellungen der Diplomarbeit
1 Potenziale für die Wärmeerzeugung aus Stroh
2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung Verbrennung
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Erweiterung und Optimierung
des Brennereibetriebes Strohfeuerungskonzepte Wirtschaftlichkeit
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.20074 / 16
1 Strohpotenziale
Stoffliche Nutzung
Einstreu in Tierställen, Einarbeitung in die
Ackerkrumme zur Bodenverbesserung
Mittelwert Min/Maxca. 89 TWh
Verdopplung des Anteiles fester Biobrennstoffe
Getreideanbaufläche
Deutschland: 6,7 Mio. ha
Brandenburg: 0,5 Mio. haStrohmenge
Deutschland: 40,2 Mio. t
Brandenburg: 3,1 Mio. t
Quelle: Daten für Endenergie und feste Biobrennstoffe aus AGEE-S, Stand 03/07
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2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung
Großballen quaderförmig
Ballendichte: 139 – 170 kg/m³
Preis: ca. 70 €/t
Häcksel
Schüttdichte: 45 – 80 kg/m³
Preis: ca. 77 €/t
Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm
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2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung
Quelle: www.asket.pl/ de/brikette.php
Briketts
Schüttdichte: 400 – 500 kg/m³
Preis: 140 €/t
Pellets
Schüttdichte: 400 – 650 kg/m³
Preis: 150 €/t
Quelle: http://www.videncenter.dk/uk/index.htm
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2 Stand der Technik Strohverbrennung Bereitstellung
Bsp.: Lieferung von 25 t Stroh durch Transport-Lkw mit max. 100 m³ Ladevolumen und max. Nutzlast von 25 t
0
25
50
75
100
125
150
175
200
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Entfernung in km
Bez
ugs
pre
is in
€/t Ballen: 2 Fahrten bei 100 m³
Häcksel: 5 Fahrten bei 100 m³
Pellets: 1 Fahrt bei 45 m³
Briketts: 1 Fahrt bei 60 m³
Ballen: 4 Fahrten bei 50 m³
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2 Stand der Technik Strohverbrennung Verbrennung
Rostfeuerungen dominierende Technologie meist modifizierte Holzfeuerungen Beschickung mit Pellets, Häckseln oder aufgelösten Ballen
Quelle: http://www.binder-gmbh.at/Deutsch/Heizanlagen/Feuerungssysteme/SRF-S.html
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Emissionsrelevante Bestandteile
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Stroh Holz
An
teil
in %
d. T
M
Stickstoff
Asche
Kalium
Chlor
2 Stand der Technik Strohverbrennung Verbrennung
Vergleich der Heizwerte
0
2
4
6
8
10
12
Stroh Holz Steinkohle Erdgas Heizöl
Hei
zwer
t in
kW
h/kg
Aschegehalt: Grenzwerte für Staubemissionen schwer einzuhalten,starke Verschmutzung der Feuerungskomponenten, höhereAufwendungen zur Entaschung
Kaliumgehalt: geringer Ascheschmelzpunkt (Verschlackung der Asche),Rostkühlung erforderlich
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200710 / 16
Soll-Zustand
5.313
86
19.250
7.590
17
39
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Erweiterung und Optimierung des Brennereibetriebes
Maßnahmen:
Wärmerückgewinnung und Wärmedämmung
Austausch von ausgedienter oder unzureichender Anlagentechnik
Investitionskosten 330.900 €
Ist-Zustand
Jährliche Getreidemenge in t 336
Ethanolgehalt in Vol. % 86
Jährliche Ethanolmenge in hl: 1.217
Jahresbetriebsstunden: 480
Heizölverbrauch in l/hl Ethanol: 34
Strohverbrauch in kg/hl Ethanol: 77
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3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte
Dampfkessel
StrohfeuerungStroh ECO
Wasser
Luft
Asche
Rauchgas
Zur Brennerei
Dampf
Konzept 1
Leistung: 390 kWth
Dampfleistung: 590 kg/h
Jährliche Brennstoffmenge:
- Strohballen 750 t
Investitionskosten: 617.600 €
Kostenersparnis gegenüber
Heizöl: 119.000 €
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200712 / 16
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte
Heißwasserkessel
Dampfkessel
HauptfeuerungHeizöl
ECO
Stroh
Wasser
Rauchgas
Zur Brennerei
Zusatzfeuerung
Luft
Luft
Asche
Rauchgas
Dampf
Konzept 2
Leistung:
- Heizölfeuerung: 340 kWth
- Strohfeuerung: 29 kWth
Dampfleistung: 540 kg/h
Brennstoff:
- Strohpellets 50 t
- Heizöl 278.000 l
Investitionskosten: 128.800 €
Kostenersparnis Heizöl
20.000
€
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200713 / 16
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Strohfeuerungskonzepte
Schlempetrocknung, Prozesswärme,Nah- und Fernwärme
Dampfkessel
Strohfeuerung
G
ECO
Wasser
Rauchgas
Schlempe
Zur Brennerei
Dampfmotor2-stufig
Stroh
Asche
Luft
Dampf
Konzept 3
Leistung: 2.400 kWth
Dampfleistung: 3.500 kg/h
Brennstoff:
- Strohballen 3.352 t
- Schlempe 1.075 t
Investitionskosten: 3.019.500 €
Kostenersparnis:
- Brennstoff 75.000 €
- el. Energie 90.000 €
Wärmeverkauf: 460.000 €
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200714 / 16
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Wirtschaftlichkeit
Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation der Betriebskosten (+/- 20 %)
Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Ver
kau
fsp
reis
in €
/hl
PreisspanneMarktpreis
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200715 / 16
3 Anwendungsbeispiel Brennerei Wirtschaftlichkeit
Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation der Betriebskosten (+/- 20 %)
Konzept 1 Konzept 2 Konzept 3 Heizöl35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Ver
kau
fsp
reis
in €
/hl
PreisspanneMarktpreis
Verkaufspreise 99 Vol. % Ethanol mit Variation der Betriebskosten (+/- 20 %)
Konzept 1 (Förderung)
Konzept 2 Konzept 3 Heizöl35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Ver
kau
fsp
reis
in €
/hl
PreisspanneMarktpreis
© Andre Gerstenberg, FH Brandenburg 15.11.200716 / 16
Fazit
Stroh kann als nachwachsendes und CO2-neutrales Nebenprodukt in nennenswerten Mengen zur Energieversorgung beitragen
durch den niedrigen Brennstoffpreis von Strohballen und die Beschränkung auf den ländlichen Raum kann die Grenze zur Wirtschaftlichkeit bereits überschritten werden
für eine stärkere Verbreitung des Brennstoffes Stroh muss eine preisgünstige Aufbereitung zu Strohpellets oder Strohbriketts etabliert werden
Feuerungsanlagen für Stroh sind vorhanden (vor allem in Dänemark), müssen aber für die Einhaltung der deutschen Emissionsgrenzwerte weiterentwickelt werden
für die Brennerei liegt das größte Potenzial in der Reduzierung des Energiebedarfes